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Fusión nuclear

Publicado por Ángeles Méndez

La fusión nuclear trata un procedimiento a través del cual diversos núcleos atómicos poseedores de una carga semejante, se juntan formando un núcleo de mayor peso. A la misma vez se produce una liberación y una absorción de una gran cantidad de energía, lo que permite que la materia pueda entrar en otro estado, conocido como estado plasmático.

La mayor energía de enlace por nucleón (EEN), tiene lugar en los elementos hierro y níquel, así que sin por ejemplo fusionamos dos núcleos de menor masa que el hierro, se liberará energía generalizada. Sin embargo, la fusión de núcleos más pesados que dicho elemento provocara la absorción de energía y no la liberación de ésta. Este fenómeno es por tanto es proceso inverso de la fusión nuclear, y es conocido como fisión, siendo procesos que ocurren en sentidos opuestos.

El caso más simple de fusión que se conoce es el del hidrógeno, donde dos protones necesitan acercarse lo bastante como para tener una interacción nuclear fuerte que consiga traspasar la fuerza de repulsión eléctrica de ambos y conseguir así una liberación de energía.

En las estrellas suceden fusiones nucleares de manera natural. En el Sol por ejemplo, con altas temperaturas en su interior que pueden rondar los 15 millones ºC, se producen reacciones de fusión conocidas como termonucleares.

Fue el físico-químico Ernest Rutherford quien trató el tema de la fusión nuclear por vez primera al hablar de las transmutaciones nucleares. Seguidamente Hans Bethe se dedicó al estudio de la fusión que tenía lugar en los núcleos de las estrellas.

También se ha investigado esta temática con fines militares, sobretodo en os años 40, en un proyecto conocido como Manhattan, y lo siguieron más investigaciones con carácter civil en los años 50, que continúan aun hoy en día.

Para que tenga lugar una fusión nuclear debe traspasarse la barrera que crea la fuerza electrostática. Cuando se encuentran a largas distancias, los núcleos tienen a repelerse por la fuerza de repulsión electrostática existente entre sus protones, los cuales poseen una carga positiva. Pero si los núcleos son acercados lo suficiente, dichos núcleos tenderán a atraerse debido a la interacción nuclear, que se hace mucho mayor en distancias cortas, pudiendo así conseguir traspasar la repulsión electrostática existente.

Cuando un núcleon, formado por protones y neutrones, se une al núcleo, la fuerza nuclear hace que se vean atraídos otros nucleones, sin embargo, debido a que dicha fuerza es de corto alcance, se unirán de manera principal los vecinos más cercanos. Los nucleones que se encuentran en el interior de un núcleo poseen más nucleones vecinos que los que se encuentran en la superficie. Puesto que la relación entre el área de una superficie y el volumen de los núcleos, cuando menos sean estos, mayor será la superficie, hace que generalmente la energía de enlace por nucleón (EEN), gracias a la fuerza nuclear, aumente dependiendo del tamaño del núcleo, pero se acerca a un valor límite que corresponde al del núcleo con un diámetro de unos 4 nucleones aproximadamente.

Además, la fuerza electrostática es la inversa del cuadrado de la distancia, lo que hace que si un protón se ha añadido al núcleo, hará que se vean afectados con repulsión electrostática todos los demás protones. Así, cuando los núcleos se hacen más grandes, la energía electrostática por cada nucleón aumenta sin fin.

El resultado de dichas fuerzas opuestas, es que por lo general la EEN crezca dependiendo del tamaño del núcleo, llegando así hasta los elementos hierro y níquel, y a una posterior bajada en los núcleos de mayor peso.

Así se concluye que la energía de enlace toma un valor negativo, y los núcleo de mayor peso (con más de 208 nucleones) no son estables.

Se suele estudiar el núcleo de Helio con excepción a la regla mencionada, puesto que sus protones y neutrones no puedan coexistir en el mismo estado.

La fusión nuclear es interesante tema de estudio pues supone ciertas ventajas como son que la gran parte de los desechos que produce son menos problemáticos que los procedentes de la fisión nuclear, además existe una gran abundancia de materias primas con las que realizar el proceso, y sus costes son bajos, y a todo esto le debemos sumar, que si una instalación nuclear dejase de funcionar, ésta se apagaría de manera instantánea sin crear el temido peligro de fusión no nuclear.

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